Спектрофотометрические методы определения витаминов

Пищевая химия: учебник для студентов вузов

Лабораторная работа 29. Прямой спектрофотометрический метод определения витамина А

Для количественного определения веществ, обладающих А-витаминной активностью, используют метод прямой спектрофотометрии, основанный на способности этих соединений к избирательному светопоглощению при разных длинах волн в ультрафиолетовой области спектра. Метод прямой спектрофотометрии отличается простотой, высокой специфичностью, дает хорошие результаты при определении содержания витамина А в объектах, не содержащих примесей, обладающих поглощением в той же области спектра. При наличии мешающих определению веществ, необходима дополнительная стадия хроматографического разделения.

Адсорбционный максимум для витамина А лежит в области 312–401 нм и обусловлен присутствием сопряженных кратных связей. Сопоставляя величину экстинкции стандартного раствора (или по калибровочному графику) рассчитывают массовую долю витамина А в анализируемом растворе.

Определение витамина А в ретинолацетате и пальмитате

Ход анализа. Точную навеску концентрата витамина А (0,1 г) растворить в 30 мл абсолютного этилового спирта и количественно перенести в мерную колбу вместимостью 100 мл. Довести объем раствора до метки этиловым спиртом и перемешать. В мерную колбу вместимостью 50 мл отобрать пипеткой такой объем разведенного препарата (табл. 2.1.6), чтобы конечный раствор имел массовую концентрацию ретинол ацетата (или ретинол пальмитата) 0,3 мкг/мл (или 8–10 МЕ/мл).

Таблица 2.1.6. Схема разведения концентрата витамина А ( в масле )

Содержание витамина А в препарате, мг/мл

Объем раствора первого разведения, мл

Объем калибровочных растворов довести до метки раствором этилового спирта, перемешать и измерить оптическую плотность на спектрофотометре при длине волны 326 нм в кюветах с длиной оптического пути 10 мм. В качестве раствора сравнения использовать растворитель – этиловый спирт. Массовую долю витамина А (ретинолацетата или пальмитата) в препарате ( С А , млн –1 ) 2 вычислить по формуле:

C A = A × V 1 × V 2 m × V × E 326 ,

где А – оптическая плотность анализируемого раствора;
V 1 – объем раствора первого разведения, 100 мл;
V 2 – объем раствора второго разведения, 50 мл;
V – объем раствора первого разведения, взятого для приготовления второго разведения (табл. 2.1.6), мл;
m – навеска исследуемого препарата, г;
E 1 c v 1 % –­ удельный показатель поглощения (при 326 нм) для 100%-го раствора ретинол ацетата и ретинол пальмитата в абсолютном спирте, 1550 и 975 соответственно.

В качестве растворителя вместо абсолютного этилового спирта можно использовать циклогексан. Способ подготовки пробы аналогичен. Оптическую плотность анализируемого раствора измерить на спектрофотометре при длине волны 327,5 нм в кюветах с длиной оптического пути 10 мм, в качестве раствора сравнения использовать циклогексан.

Определение содержания витамина А в рыбьем жире

Ход работы . В конической колбе вместимостью 100 мл взвесить на аналитических весах точную навеску жира (около 1 г), прилить 30 мл этилового спирта, не содержащего альдегидов, и 3 мл 50%-го раствора гидрооксида калия. Для омыления жира колбу соединить с обратным холодильником и поместить в водяную баню (с температурой 85–90 о С). Спустя 30 минут колбу с гидролизатом охладить, добавить 50 мл воды и перелить содержимое в делительную воронку.

Полученный гидролизат, содержащий неомыляемую фракцию, трижды экстрагировать диэтиловым эфиром, используя по 50 мл экстрагента. Эфирные вытяжки объединить, собрать в другую делительную воронку и трижды промыть дистиллированной водой до нейтральной пробы по фенолфталеину. К нейтрализованным эфирным вытяжкам добавить в качестве осушителя свежепрокаленный сернокислый натрий (8 г) и выдержать в темном месте в течение 30 минут. Осушитель отфильтровать через воронку Шотта и промыть осадок на фильтре несколько раз диэтиловым эфиром (порции по 10 мл). Фильтраты объединить, собрать в круглодонную колбу и отогнать растворитель на ротационном вакуумном испарителе при температуре не выше 40 о С в инертной атмосфере.

После отгонки диэтилового эфира неомыляемый остаток растворить в абсолютном этиловом спирте до получения раствора с содержанием витамина А 8 ME /мл. Невитаминизированный рыбий жир должен содержать не менее 350 ME /г; витаминизированный рыбий жир – 1000 ME /г ретинола. Измерить оптическую плотность спиртового раствора на спектрофотометре в кювете с длиной оптического пути 10 мм при длинах волн 311, 324,5 и 334 нм. Массовую долю витамина А ( С А , МЕ/г) вычислить по формуле:

C A = A и с п × n m × 100 × 1850 ,

где А исп = 7 А 324,5 – 2,912 А 311 – 4,088 А 334 ;
А 324,5 , А 311 , А 334 – оптические плотности раствора при длинах волн 324,5, 311 и 334 нм соответственно;
n – разведение;
m – навеска жира, г;
1850 – коэффициент перевода в МЕ.

Необходимые реактивы, посуда, оборудование :

§ абсолютный этиловый спирт, ретинолацетат (или 3–8%-ный масляный раствор ретинолацетата), ретинолпальмитат (или 55%-ный масляный раствор ретинолпальмитат), 50%-ный раствор гидроксида калия, 95%-ный этиловый спирт (не содержащий альдегидов), диэтиловый эфир, сульфат натрия (прокаленный);

§ мерные колбы вместимостью 50, 100 мл, пипетки, обратный холодильник, делительные воронки, пробирки, перегонные колбы, кварцевые кюветы с длиной оптического пути 10 мм.

§ аналитические весы; водяная баня (55 0 С), ротационный вакуумный испаритель, спектрофотометр (λ=326 нм).

2 Для обозначения низких концентраций используют единицу измерения промилли (млн – 1 ; ppm), которая соответствует одной миллионной числа или десятитысячной процента. 1 ppm = 1 млн – 1 =1 мкг/г =1 мг/кг= 1 г/т=1 · 10 – 4 %.

Источник

Пищевая химия: учебник для студентов вузов

Лабораторная работа 36. Спектрофотометрические методы определения витамина С

Водные растворы витамина С при нейтральных значениях рН в УФ области спектра дают сильное поглощение при 265 нм, в кислой среде максимум поглощения смещается в область 245 нм. Однако прямой спектрофотометрический анализ витамина С осложнен тем фактом, что в этой области поглощают и другие вещества. Поэтому данный метод применим для анализа безалкогольных напитков и некоторых готовых лекарственных средств, где содержание примесей незначительно.

Для спектрофотометрического анализа в видимой области используют специфически окрашенные продукты, которые образуют L -аскорбиновая кислота и продукты ее окисления. В основе колориметрического метода лежит химическая реакция с 2,6-дихлорфенолиндо-фенолом.

Ход анализа . Навеску (5–10 г) анализируемого материала залить в фарфоровой ступке 20 мл 3%-ным раствором метафосфорной кислоты и растереть до гомогенного состояния. Гомогенизированную пробу количественно перенести в мерную колбу вместимостью 100 мл и довести объем смеси до метки тем же растворителем. Содержимое колбы перемешать и через 5 минут отфильтровать через складчатый фильтр в сухую колбу или центрифугировать (в течение 20 минут при скорости вращения 3000 об./мин).

В три пробирки пипеткой отобрать по 10 мл полученного фильтрата или фугата, добавить к каждой по 1 мл 0,001 н раствора 2, 6-дихлорфенолиндофенола и выдержать 30 с. Все три образца колориметрировать при длине волны 530 нм в кюветах с длиной оптического пути 10 мм. В качестве раствора сравнения использовать смесь из 10 мл 3%-го раствора метафосфорной кислоты и 1 мл 0,001 н раствора 2, 6-дихлор-фенолиндофенола.

По усредненной величине оптической плотности растворов и с использованием калибровочного графика найти массовую долю витамина С (С С , мг %) в анализируемом материале по формуле

C C = C K × V × 100 m × 1000 ,

где С К – содержание витамина С, найденное по калибровочному графику, мкг/мл;
V – общий объем экстракта, 100 мл;
m – масса навески исследуемого материала, г;
100 – коэффициент пересчета в проценты;
1000 – коэффициент пересчета мкг в мг.

Построение калибровочного графика . Из рабочего раствора аскорбиновой кислоты (0,1 мг/мл) в мерных колбах вместимостью 50 мл приготовить пять калибровочных растворов по схеме, приведенной в табл. 2.2.3.

Таблица 2.2.3. Схема приготовления калибровочных растворов витамина С

Объем рабочего раствора, витамина С, мл

Массовая доля витамина С, мкг/мл

Довести объемы калибровочных растворов до метки 3%-ным раствором метафосфорной кислоты и перемешать. В пять пробирок с пришлифованными пробками внести пипеткой по 10 мл калибровочных растворов. Добавить в каждую пробирку по 1 мл 0,001 н раствора 2,6-дихлорфенолиндофенола. Колориметрировать анализируемые растворы спустя 30 с при длине волны 530 нм в кюветах с длиной оптического пути 10 мм. В качестве раствора сравнения использовать смесь из 10 мл 3%-го раствора метафосфорной кислоты и 1 мл 0,001 н раствора 2, 6-дихлорфенолиндофенола.

На основе полученных данных построить калибровочный график в координатах: оптическая плотность ( А 530 ) – содержание аскорбиновой кислоты ( С С , мкг/мл).

Колориметрирование окрашенных растворов

При анализе окрашенных экстрактов, содержащих витамин С, присутствующую АК окисляют краской Тильманса, прибавляя значительный ее избыток. Непрореагирововавший избыток краски извлекают из экстракта растворителем, не смешивающимся с водой (хлороформом или смесью растворителей из толуола и изобутилового спирта). Избыток краски, переходя в органический слой (верхний), окрашивает его в красный цвет. Содержание краски Тильманса в органическом слое определяют колориметрическим методом. По разности между количеством добавленной к экстракту краски и ее остатком после цветной реакции оценивают количество краски, пошедшее на окисление АК.

Ход анализа . Навеску анализируемого продукта (10 г) перенести в фарфоровую ступку, залить 15 мл 2%-го раствора метафосфорной кислоты и растереть фарфоровым пестиком до гомогенного состояния. Гомогенат количественно перенести в мерную колбу вместимостью 100 мл и довести объем смеси до метки 2%-ным раствором метафосфорной кислоты. Содержимое колбы перемешать и через 5 минут отфильтровать через складчатый фильтр в сухую колбу или центрифугировать (в течение 20 минут при скорости вращения 3000 об./мин).

В делительную воронку с пришлифованной пробкой пипеткой отобрать 5–10 мл экстракта, прилить 2 мл 0,001 н раствора 2,6-дихлорфенолиндофенола, перемешать и через 2 минуты добавить 10 мл хлороформа. Воронку закрыть пробкой, содержимое аккуратно перемешать и дождаться полного разделения слоев жидкостей.

Отделить органический слой (хлороформа) и колориметрировать его при длине волны 530 нм в кюветах с длиной оптического пути 10 мм относительно раствора сравнения. Для приготовления раствора сравнения использовать те же компоненты, заменив экстракт на растворитель. Для этого добавить к 5 мл 2%-го раствора метафосфорной кислоты 2 мл 0,001 н раствора 2, 6-дихлорфенолиндофенола, перемешать и через 2 минуты прилить 10 мл хлороформа. Массовую долю витамина С (С С , мг %) в анализируемом материале рассчитать по формуле

C C = V T × T × V × A 2 × 100 A 1 × m ,

где Т – титр 0,001 н раствора 2, 6-дихлорфенолиндофенола по аскорбиновой кислоте, 0,008 мг/мл;
V T – объем 0,001 н раствора 2,6-дихлорфенолиндофенола, 2 мл;
V – общий объем экстракта, 100 мл;
m – масса навески исследуемого материала, г;
А 1 – оптическая плотность раствора сравнения;
А 2 – оптическая плотность анализируемого раствора;
100 – коэффициент пересчета в мг %.

Необходимые реактивы, посуда, оборудование :

§ 6%-ный раствор метафосфорной кислоты (Н n P n O 3n ), 0,001 н раствор 2, 6-дихлорфенолиндофенола, стандартный раствор аскорбиновой кислоты (0,1%), хлороформ;

§ пипетки, фарфоровые ступки с пестиком, мерные колбы вместимостью 50 мл, 100 мл, делительные воронки с пришлифованной пробкой, воронки для фильтрования, пробирки, фотоколориметрические кюветы с длиной оптического пути 10 мм;

§ аналитические весы; секундомер; центрифуга, фотоколориметр (λ=530 нм).

Раствор 6%-ной метафосфорной кислоты ( Н n P n O 3n ) . В фарфоровой ступке растереть 60 г метафосфорной кислоты и добавить при перемешивании 940 мл дистиллированной воды. Метафосфорная кислота медленно гидролизуется до ортофосфорной кислоты (Н 3 РО 4 ), поэтому срок ее хранения в темной склянке с притертой пробкой не более недели. Для приготовления 3%-го раствора к 100 мл 6%-го раствора кислоты добавить 100 мл дистиллированной воды. Раствор готовят в день определения.

Стандартный раствор аскорбиновой кислоты ( 1 мг/мл ) . Навеску 0,1 г фармакопейной аскорбиновой кислоты растворить в мерной колбе вместимостью 100 мл в 20 мл 3%-го раствора метафосфорной кислоты и довести объем до метки тем же растворителем. Для приготовления рабочего раствора аскорбиновой кислоты ( 0,1 мг/мл ) отобрать пипеткой 10 мл стандартного раствора аскорбиновой кислоты в мерную колбу вместимостью 100 мл и довести объем раствора до метки 3%-ным раствором метафосфорной кислоты. Из-за неустойчивости раствор готовят перед определением.

0,001 н раствор 2, 6-дихлорфенолиндофенола ( 0,025% ) . Навеску 0,25 г 2, 6-дихлорфенолиндофенола растворить в 700 мл дистиллированной воды, перемешать и добавить 300 мл буферной смеси. На следующий день раствор отфильтровать и тщательно перемешать. Определяют титр приготовленного раствора.

Проверка титра 0,001 н раствор 2, 6-дихлорфенолиндофенола . В две конические колбы отмерить пипеткой по 9 мл 3%-ных растворов метафосфорной кислоты или 2%-ной соляной кислоты и по 1 мл 0,01%-го раствора витамина С и быстро оттитровать раствором 2, 6-дихлорфенол-индо-фенола до светло-розовой окраски, не исчезающей в течение 15 с. Аналогичным образом оттитровать 10 мл 3% раствора метафосфорной кислоты (холостая проба).

Источник

использование спектрофотометрического метода для опредения витамина А

применение химического метода для анализа

Скачать:

Предварительный просмотр:

В организме человека витамины играют огромную роль, участвуя во всех физиологических процессах. Даже, несмотря на то, что небольшая часть витаминов может синтезироваться нашим организмом, все же витамины являются незаменимыми пищевыми компонентами. Расход их увеличивается в различных стрессовых ситуациях, при увеличении физической нагрузки, в ходе развития заболеваний различной этиологии, а также в условиях ухудшения экологической обстановки. Все эти неблагоприятные факторы могут нарушать биологические равновесия, иначе говоря, гомеостаз. Контроль за содержанием витаминов в пищевых продуктах, витаминных препаратах является одной из важных задач практической химии. Не менее важным и в практическом и теоретическом плане является определение биологически активных веществ в тканях и биологических средах организма. Проблема дефицита витамина А остро стоит во всем мире. Поэтому для исследования нами был выбран ретинол ацетат играющий колоссальную роль в жизнедеятельности организма. Сказанное определило цели и задачи нашего исследования.

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основной целью нашей работы было исследовать возможность спектрофотометрического определения витамина А в разных объектах, в том числе в биологических (плазма крови и ткани мозга белых крыс в норме, при воздействии сероводородсодержащим газом Астраханского месторождения, а также при введении альфа-токоферола и синтетического антиоксиданта эмоксипина гидрохлорида).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи :

1. Проработать литературу по вопросу значения, применения и определения жирорастворимых витаминов, в частности каротиноидов и витамина А.

2. Отработать методику спектрофотометрического определения ретинола ацетата, подобрать оптимальные условия омыления липидной фракции, мешающих определению витаминов и каротиноидов, подобрать условия экстрагирования ретинола ацетата. Снять спектры полученных гексановых экстрактов с целью выяснения оптимальной длины волны.

3. Выяснить диапазоны концентрации ретинола ацетата, при которых соблюдается закон Бугера-Ламберта-Бэра. Построить и рассчитать градуировочный график.

4. Провести определение ретинол ацетата в плазме крови и тканях мозга интактных и опытных белых крыс.

5. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы о возможности определения ретинол ацетата в биологических объектах и о влиянии сероводородсодержащего газа, экзогенных антиоксидантов на содержание жирорастворимого витамина в тканях мозга и плазме крови животных.

«Витамин А как модулятор физиологических процессов. Современный подход к определению жирорастворимых витаминов»

1.1.Открытие и химическая структура витамина А

Витамины — сложные органические соединения, обладающие высокой биологической активностью, содержащиеся в пищевых продуктах в очень небольшом количестве, но являющиеся жизненно необходимыми компонентами пищи. В организме человека витамины играют роль своеобразных регуляторов и катализаторов. Даже, несмотря на то, что небольшая часть витаминов может синтезироваться нашим организмом самостоятельно при условии рационального, правильного и сбалансированного питания, все же витамины являются незаменимыми пищевыми компонентами. Кроме этого следует отметить тот факт, что наш организм не создает так называемого резерва витаминов (за исключением витаминов А, Д и В12, которые на некоторое время запасаются в печени, однако требуют постоянного пополнения), поэтому витамины должны поступать в организм постоянно и в нужных количествах.В зависимости от обеспеченности витаминами принято выделять такие состояния организма, как авитаминоз, гиповитаминоз и гипервитаминоз [1].

Авитаминоз- это специфическое нарушение обмена веществ, вызванное длительным отсутствием (дефицитом) какого-либо витамина в организме, которое приводит к определенному заболеванию или гибели организма.

Гиповитаминоз — это состояние организма, связанное с недостаточным (сниженным) количеством витаминов в организме. Проявляется оно в быстрой утомляемости, понижении работоспособности, остроты зрения в темноте, шелушении кожи, снижении сопротивляемости организма инфекционным заболеваниям.

Гипервитаминоз — это нарушение биохимических процессов и функций вследствие избыточного (длительного) поступления в организм витаминов. Гипервитаминозы характерны для жирорастворимых витаминов, особенно А и Д, которые могут накапливаться в жировых депо организма. Поэтому следует принимать витамины микроциклами.

Витамины разделяются на две группы: жирорастворимые (А, Д, Е и К) и водорастворимые (С, Р, Н, витамины группы В и др.) [2] .

Витамин А был открыт двумя независимыми группами ученых Мак-Коллут -Девис и Осборн. Стал первым из открытых витаминов, поэтому его соединение стало обозначаться буквой А в соответствии с алфавитной номенклатурой. В дальнейшем было установлено, что имеется три витамина группы А: ретинол, или витамин А1, неоретинол – стереоизомер А1 и А2. Этот витамин необходим не только животным, но и человеку, и при его дефиците у человека проявляются заболевания глаз – ксерофтальмия и гемеролапия. Витамины группы А содержатся только в животных продуктах, таких, как печень, рыбий жир, сливочное масло и др. В растительной пище содержатся каротиноиды, способные предупреждать А-авитаминоз. При поступлении в организм человека или животных они под влиянием фермента каротиназы превращаются в витамин А1. Ретинол представляет собой непредельный одноатомный спирт, состоящий из ß-ионового кольца, а также боковой цепи, содержащей два остатка изопрена и первичную спиртовую группу:

Ретинол растворим в метаноле, этаноле, хлороформе. Разрушается под действием УФ-света, легко окисляется на воздухе, устойчив к действию щелочей, неустойчив в кислой среде [3].

Витамин А2 отличается от ретинола наличием дополнительной двойной связи в β-иононовом кольце [4].

В организме ретинол легко окисляется при участии специфических ферментов с образованием активных производных – ретиналя и ретиноевой кислоты. Активной формой витамина А является ретиналь.

Ретиналь ретиноевая кислота

Витамин А и его производные существует в организме в транс-конфигурации, за исключением сетчатки глаза, где они могут находиться в виде 11-цис-ретинола и 11-цис-ретиналя [5]. Содержание витамина А в некоторых распространенных продуктах питания приведено в табл.1.1.

Все формы витамина А хорошо растворимы в жирах, а также в бензоле, хлороформе, эфире, ацетоне и других жирорастворителях. Ретинол разрушается под действием этанола, при освещении ультрафиолетовыми лучами, под влиянием кислорода воздуха, высокой температуры, а также при наличии в жирах продуктов окисления жирных кислот [6].

Содержание витамина А в некоторых продуктах питания [4].

Содержание витамина А, мг на

Содержание витамина А, мг на 100 г

Красный болгарский перец

1.2.Физиологическая роль витамина А

Витамин А оказывает влияние на развитие молодых организмов, состояние эпителиальной ткани, на процессы роста и формирования скелета, ночное зрение. Так, адаптация зрения к условиям различной освещенности длится около 8 минут при нормальных запасах витамина А и 30—40 минут — при уменьшении их наполовину. Витамин А участвует в нормализации состояния и функции биологических мембран.

В сочетании с витамином С он вызывает уменьшение липоидных отложений в стенках сосудов и снижение содержания холестерина в сыворотке крови.

Особенно витамин А нужен щитовидной железе, печени и надпочечникам. Он один из витаминов, сохраняющих молодость. Например, он продлевает жизнь подопытным животным. Особенно много витамина А в печени морских животных. Вот почему препараты из печени этих животных (например, «катрэкс» — из печени черноморской акулы катрана) очень ценны.

Нехватка витамина А может привести к ушным инфекциям и отразиться на механизме слуха. Его с большим успехом применяют в аллергической терапии [7]. Установлено, что приступ сенной лихорадки можно полностью отразить принятием 150000 ME витамина А. Зарубежные врачи называют его «первой линией обороны от болезней», так как целостность покровов и эпителия внутри тела, нормальная их работа — первое условие здоровья.

Основной «фронт», где витамин А ведет борьбу с инфекциями — это слизистые оболочки. Ведь именно слизистые оболочки являются основной мишенью для инфекций. Ретинол играет существенную роль в формировании эпителиальной ткани, входящей в состав кожи, желез и слизистых оболочек, выстилающих органы дыхательного, пищеварительного и мочеполового трактов. Этим клеткам витамин А необходим особенно, для нормального продуцирования слизи и защитных иммунных факторов[8]. Каротины повышают защитную силу собственных интерферонов. Витамин А защищает от свободных радикалов чувствительную зобную, или вилочковую железу, которая представляет собой штаб-квартиру иммунной системы. Эта маленькая железа, находящаяся за грудиной, с возрастом постепенно утрачивает свои функции. Витамин А, как уже доказали иммунологи, может улучшать работу зобной железы, а кроме того, повышать количество белых кровяных телец — лейкоцитов — стражей иммунной системы. Поэтому витамин А необходим часто болеющим детям и пожилым людям с ослабленным иммунитетом, так как инфекционные заболевания истощают запас этого витамина. Таким образом, витамин А поддерживает местный иммунитет жизненно важных органов.

При попадании вредных частиц на слизистую оболочку дыхательных путей, защитный слой эпителиальных клеток начинает вырабатывать слизь, которая защищает эпителий от высыхания. Слизь способствует выведению этих частиц вверх и наружу — при кашле и чихании. Таким образом, витамин А предупреждает проникновение в организм воздушным путем вредных частиц и микробов. Дополнительное обогащение рациона питания витамином А снижает опасность инфекций дыхательной системы[9].

Благодаря защитному воздействию на слизистые оболочки и эпителиальные клетки пищеварительного тракта, витамин А оказывается полезным дополнением при лечении некоторых болезней кишечника (например, колита и болезни Крона), а также язвы двенадцатиперстной кишки. Ученые из Гарвардского университета обнаружили, что при достаточном употреблении витамина А риск возникновения язвенной болезни значительно уменьшается [10].

Витамин А играет важную роль в синтезе прогестерона — женского полового гормона. Он наиболее необходим женщине во второй фазе менструального цикла, после овуляции (с 14 по 28 день цикла). При воздействии этого витамина некоторые из беспокоящих симптомов предменструальной напряженности исчезают [11].

Для мужчин витамин А — необходимый кофактор продуцирования здоровой спермы.

Витамин А — источник дополнительного питания кожи. Он способствует своевременному обновлению клеток кожи и их нормальному функционированию. Поэтому витамин А эффективно используется в комплексном лечении многих кожных заболеваний [12].

Наиболее широко известная функция витамина А — профилактика заболеваний глаз. Витамин А играет решающую роль в процессах световой и темновой адаптации. Ретинол при каждом световом возбуждении участвует в синтезе зрительных пигментов сетчатки глаза — родопсина и йодопсина, которые и регулируют адаптацию глаза к свету и темноте, а также цветное зрение. Особенно важно это для людей, подолгу работающих у компьютера, глаза которых постоянно подвергаются контрастным световым вспышкам [13]. Кроме того, витамин А способствует увлажнению роговицы глаза, а при его дефиците возникает опасность воспаления слизистой оболочки глаза — конъюнктивита, и даже хронической сухости глаз — ксерофтальмии.

Для выживания индивида животные должны обладать способность обнаруживать свет, а также различать свет различных длин волн. С этой целью в ходе биологической эволюции у них развились фоторецепторные органы — глаза, в которых центральную роль играют поглощающие свет фоторецепторы, или зрительные пигменты. Наиболее эффективно способность реагировать на свет используется у животных. В связи с этим в данной главе нельзя не остановиться на особенностях процессов фоторецепции и зрения, которые будут рассмотрены на примере работы зрительной системы человека [14].

Сетчатка глаза человека содержит рецепторные клетки двух типов — палочки и колбочки. Палочки отличаются большой светочувствительностью: всего пяти квантов света достаточно, чтобы вызвать нервный импульс. Палочки предназначены для зрения при малой освещенности и дают черно-белую картину. Колбочки обеспечивают цветовое зрение. Существует три вида колбочек — чувствительные к синей, зеленой или красной областям спектра. Хромофором, воспринимающим свет в палочках сетчатки, является хромопротеин родопсин, или зрительный пурпур . Опсиновый белок в действительности является сложным комплексом собственно белка — опсина, липидов и углеводов, но термин «опсин» применяют как к белковой части, так и к комплексу в целом. Опсины, выделенные из сетчатки многих видов животные представляют собой небольшие белки с молекулярной массой порядка 30 000—40 000. Почти у всех представителей животного мира зрительные пигменты и качестве хромофора содержат 11-цис-ретиналь (витамин А1); распространение 3,4-дегидроретиналя (витамин А2) ограничивается рядом пресноводных рыб и некоторыми видами земноводных. Родопсин находится в мембранных структурах — дисках, которые располагаются в палочке. Мембранные диски на 80% состоят из родопсина, молекулы которого «пронизывают» мембрану насквозь.

В родопсине 11-цис-ретиналь ковалентно связан с опсином путем образования шиффова основания (альдимина) между его альдегидной группой и ε-аминогруппой лизинового остатка олеина. Чрезвычайно важное значение имеют также нековалентные взаимодействия между боковыми группами остатков аминокислот белка и π-электронной системой пол иенового фрагмента, которые, во-первых, определяют конформацию хромофора в составе родопсина, а во-вторых, вызывают поляризацию π-электрон ной системы полиенового фрагмента. Энергетические характеристики нековалентных взаимодействий между опсином и полиеновой цепью зависят от структуры белка и cопряженных с ним липидов и углеводов и существенно различаются для различных родопсинов. Именно эти эффекты совместно с индукционным эффектом, возникающим от образования альдиминной связи, обусловливают: 1) значительный сдвиг в красноволновую область максимума поглощения 11 -цис-ретиналя в составе родопсина (λmax« 500 нм) в сравнений с альдегидом в свободном состоянии (λmax« 375 нм); 2) вариации величины λmах у разных зрительных пигментов. Все это приводит к повышению чувствительности светового и цветового восприятия. Цветовое зрение человека — это трихроматический процесс, за который ответственны рецепторы, чувствительные к разному цвету — синему (λmax=440 нм), зеленому (λmах — 535 нм) и красному (λmax575 нм) — и содержащие различные пигменты. Различие в λ,max поглощаемого света обусловлено особенностями строения опсина и нековалентных взаимодействий опсин — хромофор. Все детали структуры и функций фоточувствительных пигментов в настстоящее время еще не выяснены до конца, но установлено, что в основе механизмов функционирования зрительных пигментов заложены многостадийные циклические процессы.

При попадании света на сетчатку происходит изомеризация 11-цис-ретиналя в 11-транс-ретиналь за счет энергии поглощенного света.

11-цис – ретиналь 11 – транс — ретиналь

В результате взаимодействия между полиеновой системой и белком нарушаются, следствие чего легко и необратимо расщепляется альдиминная связь, и альдегид освобождаеися в транс-форме (11-транс-ретиналь):

Родопсин + hv → Опсин +транс-Ретиналь

Родопсин имеет красный (пурпурный) цвет, который ему придаст цис-ретиналь; транс-ретиналь практически бесцветен. Поэтому при освещений родопсин обесцвечивается. Такой эффект можно наблюдать, если поместить сетчатку лягушки или кролика сначала в темноту, а потом осветить: в темноте сетчатка становится красной, а при освещений обесцвечивается за несколько минут.

Последующая регенерация родопсина, т.е. связывание альдегида с опсином требует превращения 11-транс-ретиналя в 11-цис-ретиналь. Такое превращение может протекать двумя путями: в темноте и на свету.

В темноте восстановление родопсина протекает сравнительно медленно и включает в себя стадии перевода:

1. 11-транс-ретиналя в 11-транс-ретинол с участием алкогольдегидрогеназы:

C 19 H 37 CH=O +НАДФН +Н + → С 19 Н 37 СН 2 -ОН +НАДФ +

2) 11-транс-ретионола в 11-цис-ретинол;

3) 11-цис-ретинола в 11-цис-ретиналь.

Регенерация исходного пигмента на свету протекает довольно быстро с участием ретинальизомеразы через стадию 11-транс-ретиналь→11-цис-ретиналь. Далее цис-ретиналь вновь образует комплекс с опсином – без участия ферментов.

Регенерация родопсина на свету происходит за счет фондов ретинола в пигментном эпителии, обновление которых обеспечивается транспортом ретинола, хранящегося в печени. В экстремальных случаях недостатка витамина А его запасы в печени истощаются и, хотя снабжение сетчатки поддерживается до последней возможности, в конце концов может возникнуть его дефицит. В результате организму не удается регенировать зрительный пигмент и наступает слепота, вначале обратима, а при длительном дефиците ретинола переходящая в постоянную из-за денатурации опсина, нестабильного в свободном состоянии.

Рис.1.1. Схема фотохимического процесса зрения [1].

Витамин А тесно связан с гормоном роста — причиной недостаточного роста ребенка может быть нехватка именно этого витамина. Рост костей в конечностях происходит, главным образом, за счет ростовой зоны (хрящевой прослойки). Именно клетки хрящевой ткани, наиболее активно участвующие в процессе обмена веществ, требуют большого количества витамина А. Молодые клетки костей растут, сохраняют некоторое время активность, а затем отмирают, чтобы уступить место новым хрящевым клеткам. Чтобы этот постоянный цикл в костно-хрящевой ткани детей не прекращался, витамин А контролирует этот ферментативный процесс [15].

Поскольку у костей много общего с зубами, то это касается и прикуса наших малышей. Витамин А укрепляет челюстные кости и предотвращает, таким образом, неправильный прикус. Кроме того, витамин А увеличивает устойчивость десен к инфекциям и воспалениям.

Витамин А защищает организм от онкологических заболеваний пищеварительной системы, мочевого пузыря, легких, кожи. Он способствует подавлению процессов постепенного перерождения здоровых клеток в злокачественные; оказывает лечебно-профилактическое действие при предопухолевых состояниях слизистой оболочки полости рта, желудка и шейки матки. При высоком потреблении каротинов с пищей и, в результате, высокой концентрацией его в крови, риск заболевания раком снижается. Также он сокращает риск рецидива после удаления опухоли[16].

Недостаток витамина А широко распространен. Из-за этого происходит замедление реакции организма. Так, в ФРГ проводились опыты с 152 шоферами, которые или не прошли водительские испытания, или имели наибольший список дорожных происшествий. Им давали ежедневно по 150 000 ME витамина А, что привело, как сообщает Институт психологии транспорта, к значительному увеличению их водительских способностей [17].

Проблема дефицита витамина А остро стоит во всем мире. Производится лечение витамином А. Так, в Индии детям в возрасте 1—5 лет раз в полгода дают по 110 миллиграммов витамина А (200 000 ME, или 40 взрослых норм сразу!). Среди детей, получивших две дозы, заболеваемость глаз сократилась на 75%.

Потребность в витамине А составляет 1,5 мг/сутки, что равняется приблизительно 5000 ME (1 ME=0,3 мг), причем не менее 1/3 потребности должно быть удовлетворено за счет самого витамина А, а 2/3 — за счет ß-каротина [18].

Гипервитаминоз витамина А встречается крайне редко, так как нужны необычайно высокие дозы, поступление которых в жизни трудно осуществить. Уменьшают запасы витамина А алкоголь, канцерогены, висмут; сильное уменьшение в диете белка (с 18 до 3%) уменьшает отложение этого витамина в печени более чем 2 раза. Разрушает его кислород воздуха, кислоты, ультрафиолетовые лучи. Прогорание жиров ведет к разрушению витамина А [19].

Важнейшие источники витамина А: печень, сливочное масло, сливки, сыр, яичный желток, рыбий жир. При тепловой обработке витамин А значительно разрушается.

Превращение каротина в витамин А происходит в стенке тонких кишок и в печени. При недостаточности витамина А появляются следующие симптомы: ослабление зрения в сумерках, воспаление и сухость глаз, шелушение век, чувствительность глаз к блеску или огням; повышение восприимчивости к инфекциям; гусиная кожа» на тыльной стороне рук, сухая, потрескавшаяся кожа; быстрое замерзание; ухудшение аппетита; выпадение и ломкость волос; истончение зубной эмали, боль в костях и суставах, замедление роста; инфекционные процессы верхних дыхательных путей: синусит, гайморит, фронтит; воспаление мочеполовой системы, жжение и зуд при мочеиспускании [20].

1. 3. Каротин, ретинол и свободные радикалы

Свободные радикалы – нестабильные атомы и соединения, действующие как агрессивные окислители и в результате повреждающие жизненно важные структуры организма, а также – активные образователи (молекулы, имеющие неспаренные электроны). Под действием свободных радикалов, прежде всего, образуется такое заболевание, как рак, а также варикозное расширение вен, атеросклероз, болезни сердца [21].

Свободные радикалы ускоряют старение организма, провоцируют неправильное функционирование систем организма, воспалительные процессы во всех тканях, включая нервную систему и клетки мозга. А самое главное – нарушает функцию иммунной системы. В научном мире это называется «пероксидное окисление липидов», а результат – оксидативный стресс. Свободные радикалы нарушают ДНК (гены), вызывая изменения наследственной информаций и раковые заболевания. Это называется «мутирование клеток»[22].

И витамин А, и β-каротин защищают мембраны клеток мозга от разрушительного действия свободных радикалов, при этом β-каротин нейтрализует самые опасные виды свободных радикалов: радикалы полиненасыщенных кислот и радикалы кислорода.

Под воздействием свободных радикалов происходит цепная реакция повреждения клеток. Витамин А способен подавлять эти разрушительные процессы, ограждая риск сердечно-сосудистых заболеваний, катаракты глаз[23].

В пище витамин А в основном содержится в форме провитаминов. Известны три провитамина А — это α-, β- и γ-каротины (от лат. carota — Морковь), отличающиеся друг от друга по химическому строению и биологической активности. Наибольшую биологическую активность с точки зрения эффективности синтеза витамина А проявляет β-каротин:

Каротин — ненасыщенный углеводород, оранжево-желтый пигмент. Поэтому он находится в плодах, листьях цветков, имеющих оранжево-желтый пигмент (окраску) [22].

β-каротин – Спектр: в гексане λ max 451 и 425 нм; CS2 λ max 520, 485 и 450 нм. Главный каротиноид тканей зеленых растений и корневых морских водорослей. Широко распространен в растениях и животных. Оптически неактивен. SbCl3 в CHCl3 дает синее окрашивание (λ max 590 нм).

Обширная группа каротиноидов подразделяется на 2 подкласса: каротины, содержащие исключительно углерод и водород, и ксантофиллы, в состав которых входят также молекулы кислорода (спирты, кетоны, альдегиды, окиси, простые и сложные эфиры). Несмотря на большое разнообразие, все молекулы каротиноидов имеют в своей структуре полиеновую цепь с чередующимися двойными связями. В такой цепи (так же, как в бензольном кольце) наблюдается обобщение электронов , что определяет оптические (поглощение в видимой области спектра) и антиоксидантные свойства данных соединений [23].

Некоторые свойства каротиноидов. α-каротин — Спектры: в гексане λ max 457, 445 и 420 нм; в CS2 λ max 509 и 477нм. Содержится в листьях и корнях Daucus carota, плодах красной пальмы. Часто сообщают об обнаружении в других материалах, не отличая от геометрических изомеров  -каротина. С SbCl3 в CHCl3 дает соединение синего цвета (λ max 542 нм). Витаминная активность составляет половину активности β-каротина.

δ-каротин – Спектр: в гексане λ max 486, 430 нм. Длинные красные иглы из CS2.

γ – каротин. Спкетр: в Петролейном эфире, λ max 495, 462 (2720) и 431; в CS2 λ max 532, 496 и 463 нм. Содержится в листьях Cuscuta salingJuniperis virginiana, а также в некоторых плодах, цветах, многих грибах [24].

Основными источниками поступления каротиноидов для человека являются овощи и фрукты (табл.1.2).

Содержание каротиноидов в некоторых фруктах, овощах и ягодах (мг/100г сырого веса) [25].

Источник